基于TDLAS技術的燃燒溫度與O2濃度測量研究.pdf

1、燃燒是當今世界上使用最為廣泛的能量轉換技術，實現(xiàn)燃燒參數的測量與監(jiān)測對于理解燃燒過程、改進燃燒效率以及減少大氣污染物的排放有重要的意義。基于可調諧半導體激光吸收光譜技術(TDLAS，Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)對氣體溫度及濃度的測量，具有響應時間快、精度高、系統(tǒng)簡單以及易于實現(xiàn)實時在線監(jiān)測等優(yōu)勢。同時TDLAS的測量方式屬于非接觸式，對惡劣條件下的氣體參數的檢測具有非常好的適應

2、性。近年來半導體激光器制造技術迅速發(fā)展，激光器在性能越來越穩(wěn)定的同時價格更加便宜，因此TDLAS技術有著廣泛的工業(yè)應用前景。
　　掃描直接吸收光譜技術(DAS，Direct Absorption Spectroscopy)和波長調制光譜技術(WMS，Wavelength Modulation Spectroscopy)是TDLAS技術中較為常用的兩種測量方法，本文中采用掃描直接吸收光譜技術實現(xiàn)燃燒爐內溫度的測量，采用波長調制光譜技

3、術實現(xiàn)O2濃度的測量。
　　本文的工作可分為三部分:①首次提出采用CORDIC算法實現(xiàn)光譜吸光度的提取，并在FPGA上設計和實現(xiàn)基于CORDIC算法的光譜吸光度在線提取算法;②在實驗室TDLAS系統(tǒng)平臺上完成H2O目標譜線對的溫度標定以及實時溫度測量驗證，并在電站鍋爐上實現(xiàn)鍋爐爐膛溫度的現(xiàn)場測量;③選擇合適的O2濃度測量吸收譜線，搭建氧氣濃度測量實驗系統(tǒng)，在所搭建的系統(tǒng)平臺上初步實現(xiàn)基于WMS法的高溫環(huán)境下的氧氣濃度標定以及氧氣濃

4、度測量。
　　本文首次將CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)旋轉算法應用到TDLAS測量系統(tǒng)中，完成光譜吸光度實時提取算法的研究及其在FPGA上的設計與實現(xiàn)。光譜吸光度的提取是實現(xiàn)TDLAS檢測的基礎，CORDIC算法由簡單的加減和移位操作構成，易于在硬件上實現(xiàn)，而且還可實現(xiàn)許多不易在硬件上實現(xiàn)的復雜運算，本文將CORDIC算法應用到光譜吸光度在線提取算法中，解決了吸光度提取算法

5、中的最小二乘擬合的求解與吸光度實時求取的問題。通過實驗結果的驗證表明所設計的算法能夠正確實現(xiàn)光譜吸光度的提取且具有較高的計算精度，同時滿足TDLAS系統(tǒng)快速在線監(jiān)測的實時性要求。在已有的TDLAS實驗硬件平臺上利用所選的H2O目標譜線對完成溫度標定實驗，并利用所設計的吸光度實時提取算法實現(xiàn)溫度的快速在線測量，實驗結果驗證了所設計的TDLAS測溫系統(tǒng)的正確性、實時性和可重復性。根據電站鍋爐燃燒的現(xiàn)場情況對TDLAS系統(tǒng)進行優(yōu)化，實現(xiàn)現(xiàn)場電